2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件

1、實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 第五章 機(jī)械能 內(nèi)容索引 過(guò)好雙基關(guān) 命題點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn) 命題點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 1 過(guò)好雙基關(guān) 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. 2.實(shí)驗(yàn)原理(如圖所示) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的 和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量，若二者 相等，說(shuō)明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. 3.實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、 、鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、 導(dǎo)線兩根. 重力勢(shì) 能的減少量 刻度尺 基本實(shí)驗(yàn)要求基本實(shí)驗(yàn)要求 4.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)安裝器材：將 固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與 低壓電源相連. (2)打紙帶 用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，

2、先 ， 再 ，讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的 點(diǎn)，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(35條)紙帶. 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 接通電源 松開(kāi)紙帶 (3)選紙帶：分兩種情況說(shuō)明 若選第1點(diǎn)O到下落到某一點(diǎn)的過(guò)程，即用 來(lái)驗(yàn)證，應(yīng)選 點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近 的紙帶. 用 mvB2 mvA2mgh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶 時(shí) 選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否小 于或接近2 mm就無(wú)關(guān)緊要了. 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 在 的范圍內(nèi)，自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒. 2 mm 誤差允許 1.誤差分析 (1)測(cè)量誤差：減小測(cè)量誤差的方法，一是測(cè)下落距離時(shí)都從

3、0點(diǎn)量起， 一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)下落高度測(cè)量完，二是多測(cè)幾次取平均值. (2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，故動(dòng)能的增 加量Ek mvn2必定稍 于重力勢(shì)能的減少量Epmghn，改進(jìn)辦法是 調(diào)整安裝的器材，盡可能地減小 . 小 阻力 規(guī)律方法總結(jié)規(guī)律方法總結(jié) 2.注意事項(xiàng) (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直：安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要 架穩(wěn)，使其兩限位孔 在同一豎直平面內(nèi)，以減少 . (2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料. (3)應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后松開(kāi)紙帶讓重物下落. (4)測(cè)長(zhǎng)度，算速度：某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用vn ，不 能用vn 或vngt來(lái)計(jì)算. 豎直 摩擦阻

4、力 3.驗(yàn)證方案 方案一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算 代入mghn和 mvn2，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和 mvn2相等， 則 驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律. 方案二：任取兩點(diǎn)計(jì)算 (1)任取兩點(diǎn)A、B，測(cè)出hAB，算出mghAB. (2)算出 mvB2 mvA2的值. (3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，若mghAB mvB2 mvA2，則驗(yàn)證了機(jī)械 能守恒定律. 方案三：圖象法 從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算 各點(diǎn)速度的平方v2，然后以 v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作 出 v2h圖象.若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為 的直 線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守

5、恒定律. g 2 命題點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn) (2016北京理綜21(2)利用圖裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí) 驗(yàn). (1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過(guò)程中任 意兩點(diǎn)間的_. A.動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量 B.速度變化量和勢(shì)能變化量 C.速度變化量和高度變化量 【例1】 答案 (2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及 開(kāi)關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_. A.交流電源 B.刻度尺 C.天平(含砝碼) 答案分析 (3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖所示的一條紙帶.在紙帶 上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為 hA、

6、hB、hC. 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m. 從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量Ep_，動(dòng) 能變化量Ek_. 答案分析 mghB (4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量， 原因是_. A.利用公式vgt計(jì)算重物速度 B.利用公式v 計(jì)算重物速度 C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D.沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法 答案 (5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)， 測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2_h圖 象，并做如下判斷：若圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則重物下落過(guò)程中

7、機(jī) 械能守恒，請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷是否正確. 答案 解析 不正確，理由見(jiàn)解析 題組階梯突破題組階梯突破 1.(2016全國(guó)卷22)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律， 其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和 40 Hz，打出紙帶的一部分如圖(b)所示. (a) (b) 該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f， 需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推 算. (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理 量可以寫出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為 _，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)，重物下落的 加速度大小為_(kāi).

8、 答案解析 A、C的時(shí)間中點(diǎn)B、D的時(shí)間中點(diǎn) 分析 (2)已測(cè)得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却?小為9.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推 算出f為_(kāi)Hz. 答案解析 重物下落的過(guò)程中，由牛頓第二定律可得 mgF阻ma 由已知條件F阻0.01mg 由得a0.99g 40 2.如圖是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置.(g取9.80 m/s2) (1)選出一條清晰的紙帶如圖甲所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一 個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50 Hz的交變電流. 用分度值為1 mm的刻度

9、尺測(cè)得OA12.41 cm，OB18.90 cm，OC 27.06 cm，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00 kg.甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能 比開(kāi)始下落時(shí)減少了_J；此時(shí)重錘的速度vB_m/s，此時(shí)重 錘的動(dòng)能比開(kāi)始下落時(shí)增加了_J.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 答案解析 1.851.83 1.67 (2)某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí) 器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h，算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v，然后以h為 橫軸、 以 v2為縱軸作出了如圖乙所示的圖線，圖線的斜率近似等于_. A.19.6B.9.8C.4.90

10、 圖線未過(guò)原點(diǎn)O的原因是_. 答案解析 先釋放了紙帶，再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開(kāi)關(guān) 3.某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差 較大.為了減小誤差，該同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置 來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門位置，使小鐵球 下落通過(guò)光電門時(shí)球心能擋住激光束.實(shí)驗(yàn)時(shí)，小鐵球從A 點(diǎn)自由下落，經(jīng)過(guò)光電門B時(shí)，通過(guò)毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫 出)記錄擋光時(shí)間t，用毫米刻度尺測(cè)出A、B之間的距離h， 用游標(biāo)卡尺測(cè)得小鐵球的直徑d.重力加速度為g.則小鐵球通 過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v_.如果測(cè)量的d、t、h、g滿足 關(guān)系式_，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. 答案解析 3 3 命題點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)

11、拓展創(chuàng)新 某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.一根細(xì)線系住鋼 球，懸掛在鐵架臺(tái)上，鋼球靜止于A點(diǎn)，光電門固定在A的正下方，在鋼 球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋 放，遮光條經(jīng)過(guò)光電門的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v 作為鋼球經(jīng) 過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì) 時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之 間的勢(shì)能變化大小Ep與動(dòng)能變化大小Ek，就 能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒. 【例2】 (1)用Epmgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè) 量釋放時(shí)的鋼球球心到_之間的豎直距離. A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端 B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心 C.鋼球

12、在A點(diǎn)時(shí)的底端 答案分析 題眼 (2)用Ek mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小，用刻度 尺測(cè)量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為 _cm.某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.010 0 s， 則鋼球的速度為v_m/s. 答案解析 遮光條的寬度d1.50 cm，鋼球的速度v 1.50 m/s. 1.50 1.50 (3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 答案 解析 不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep. Ep(102 J)4.8929.78614.6919.5929.38 Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8 他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成

13、的.你 是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)說(shuō)明理由. 不同意理由見(jiàn)解析 (4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議. 答案 分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和l，計(jì)算Ek時(shí)，將v折算成鋼球 的速度v v. 解析見(jiàn)解析 題組階梯突破題組階梯突破 4.某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖 甲所示.在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)光電傳感器A、B， 滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會(huì)輸出高電 壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計(jì)算機(jī)相連.滑塊在細(xì)線的牽引下向左加 速運(yùn)動(dòng)，遮光條經(jīng)過(guò)光電傳感器A、B時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以得到如圖乙所 示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖象. (1)實(shí)驗(yàn)

14、前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊， 當(dāng)圖乙中的t1_t2(選填“”“”或“”)時(shí)，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已 經(jīng)水平. 答案解析 實(shí)驗(yàn)前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng) 圖乙中的t1t2時(shí)，說(shuō)明滑塊已經(jīng)勻速運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平. (2)用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光條寬度d，測(cè)量結(jié)果如圖丙所示，則d_mm. 答案解析 5.0 用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光條寬度d，則d5.0 mm. (3)滑塊P用細(xì)線跨過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連，鉤碼Q的質(zhì)量 為m.將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過(guò)計(jì)算機(jī)得到的圖象如圖乙所示， 若t1、t2和d已知，要驗(yàn)證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否

15、守恒，還 應(yīng)測(cè)出_(寫出物理量的名稱及符號(hào)). 答案解析 滑塊質(zhì)量M和兩光電門間距離L (4)若上述物理量間滿足關(guān)系式_， 則表明在上述過(guò)程中，滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒. 答案解析 5.(2016全國(guó)卷22)某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝 置如圖所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一 物塊接觸而不連接，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接.向左推物塊使彈 簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓 縮后的彈性勢(shì)能. (1)實(shí)驗(yàn)中涉及到下列操作步驟： 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量 上述

16、步驟正確的操作順序是_(填入代表步驟的序號(hào)). 答案 (2)圖中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié) 果.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50 Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出 在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為_(kāi)m/s.比較兩紙帶 可知，_(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì) 能大. 答案解析 1.29 M 6.利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，水平桌面上 固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊，其總 質(zhì)量為M，左端由跨過(guò)輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩和一質(zhì)量為m的小球相連；遮 光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直，導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過(guò) 光電門時(shí)的擋光時(shí)間t，用d表示A點(diǎn)到